TRAININGSDATENSATZ, TRAINING SOWIE KÜNSTLICHES NEURONALES NETZ FÜR DIE ZUSTANDSSCHÄTZUNG EINES STROMNETZES

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum Erstellen eines zweiten Trainingsdatensatzes zum Trainieren eines für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes (1) ausgebildeten künstlichen neuronalen Netzes aus einem bereitgestellten ersten Trainingsdatensatz vorgeschlagen, wobei der zweite Trainingsdatensatz mehrere Trainingspaare umfasst, die jeweils durch einen Messdatensatz und einem zugehörigen Zustand des Stromnetzes (1) gebildet sind, und der jeweilige Messdatensatz wenigstens mit dem Stromnetz assoziierte komplexe Scheinleistungen umfasst. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte:
- (S1) Ermitteln wenigstens eines ersten Trainingspaares und eines zugehörigen ersten Messdatensatzes und ersten Zustandes, dessen erster Zustand bezüglich eines Trainings des künstlichen neuronalen Netzes mittels des ersten Trainingsdatensatzes einen Fehler größer oder gleich einer festgelegten Fehlerschranke aufweist;
- (S2) Berechnen eines zweiten Zustandes des Stromnetzes mittels einer Lastflussrechnung basierend auf wenigstens einer bezüglich der komplexen Scheinleistung des ersten Messdatensatzes geänderten komplexen Scheinleistung;
- (S3) Berechnen eines zweiten Messdatensatzes mittels eines Messmodells des Stromnetzes aus dem berechneten zweiten Zustand; und
- (S4) Erstellen des zweiten Trainingsdatensatzes aus dem ersten Trainingsdatensatz durch ein Hinzufügen eines aus dem zweiten Messdatensatz und dem zugehörigen zweiten Zustand gebildeten zweiten Trainingspaares.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trainieren eines künstlichen neuronalen, Künstliches neuronales Netz sowie ein Verfahren zur Zustandsschätzung eines Stromnetzes (1) .

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Trainingsdatensatzes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zum Trainieren eines künstlichen neuronalen Netzes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12, ein künstliches neuronales Netz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 13 sowie ein Verfahren zur Zustandsschätzung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14.

[0002] Eine Zustandsschätzung eines elektrischen Versorgungsnetzes (Stromnetz) betrifft eine möglichst vollständige und konsistente Ermittlung des Zustandes des Stromnetzes aus einer Mehrzahl von Messungen. Hierbei ist der Zustand eines Stromnetzes durch die Spannungen und Winkeln an seinen Netzknoten gekennzeichnet.

[0003] Messungen weisen grundsätzlich Messabweichungen auf, die insbesondere in Kommunikationsverzögerungen und/oder Konfigurationsfehlern begründet sind. Der im Rahmen einer Zustandsschätzung ermittelte Zustand entspricht somit einem Schätzwert des tatsächlichen realen Zustandes des Stromnetzes. Mit anderen Worten wird mittels einer Zustandsschätzung der Zustand ermittelt, welcher im Sinne eines Optimierungsproblems am besten zu den Messungen beziehungsweise den Messwerten und dem physikalischen Wirkzusammenhängen in einem Stromnetz passt. Auch wenn lediglich eine Schätzung des tatsächlichen Zustandes erreicht werden kann, so bildet der ermittelte, das heißt der geschätzte Zustand des Stromnetzes die Grundlage für mehrere übergeordnete Netzanwendungen, beispielsweise für Sicherheitsberichte, Spannungssteuerungen und/oder vorbeugende und korrigierende SCOPF (englisch: Security Constrained Optimal Power Flow).

[0004] Der Zustand eines Stromnetzes ist zeitabhängig, sodass eine Zustandsschätzung typischerweise in regelmäßigen Zeitabschnitten erfolgt. Beispielsweise weisen bekannte Überwachungs-, Steuerungs- und Datenerfassungssysteme (englisch: Supervisory Control and Data Acquisition; abgekürzt SCADA) für eine Zustandsschätzung einen Zeitabschnitt von etwa einer Minute auf. Mit anderen Worten besteht die technische Herausforderung darin, dass die Zustandsschätzung in Echtzeit erfolgen muss, damit die übergeordneten Netzanwendungen angewendet und abgeschlossen werden können. Eine weitere technische Herausforderung besteht darin, dass die in Echtzeit durchgeführte Zustandsschätzung ebenfalls eine ausreichende Genauigkeit aufweisen muss.

[0005] Im Hinblick auf das genannte zeitliche Moment ist die Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes (KNN) zur Zustandsschätzung vorteilhaft. Allerdings ist im Gegensatz zu klassischen Verfahren, wie beispielsweise eine Zustandsschätzung mittels eines WLS-Verfahrens (englisch: Weighted Least Square, WLS), dessen Zuverlässigkeit fraglich. Eine Abschätzung der Zuverlässigkeit des neuronalen Netzes wird beispielsweise durch Bestimmen eins maximalen Fehlers beziehungsweise Schätzfehlers eines trainierten maschinellen Lernmodells über einen unabhängigen Testdatensatz ermöglicht.

[0006] Allerdings hängt die Zuverlässigkeit des künstlichen neuronalen Netzes grundsätzlich von dem Trainingsdatensatz ab, mittels welchem dieses trainiert, das heißt angelernt wurde.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Trainingsdatensatz für ein künstliches neuronales Netz bereitzustellen, welches künstliche neuronale Netz für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes vorgesehen ist.

[0008] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erstellen eines Trainingsdatensatzes mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1, ein Verfahren zum Trainieren eines künstlichen neuronalen Netzes mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 12, ein künstliches neuronales Netz mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 13 sowie ein Verfahren zur Zustandsschätzung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 14 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erstellen eines zweiten Trainingsdatensatzes zum Trainieren eines für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes ausgebildeten künstlichen neuronalen Netzes aus einem bereitgestellten ersten Trainingsdatensatz, der mehrere Trainingspaare umfasst, wobei jedes der Trainingspaare durch einen Messdatensatz und einem zugehörigen Zustand des Stromnetzes gebildet ist, und der jeweilige Messdatensatz wenigstens mit dem Stromnetz assoziierte komplexe Scheinleistungen umfasst, ist gekennzeichnet wenigstens durch die folgenden Schritte:

• Ermitteln wenigstens eines ersten Trainingspaares und eines zugehörigen ersten Messdatensatzes und ersten Zustandes, dessen erster Zustand bezüglich eines Trainings des künstlichen neuronalen Netzes mittels des ersten Trainingsdatensatzes einen Fehler größer oder gleich einer festgelegten Fehlerschranke aufweist;
• Berechnen eines zweiten Zustandes des Stromnetzes mittels einer Lastflussrechnung basierend auf wenigstens einer bezüglich der komplexen Scheinleistung des ersten Messdatensatzes geänderten komplexen Scheinleistung;
• Berechnen eines zweiten Messdatensatzes mittels eines Messmodells des Stromnetzes aus dem berechneten zweiten Zustand; und
• Erstellen des zweiten Trainingsdatensatzes aus dem ersten Trainingsdatensatz durch ein Hinzufügen eines aus dem zweiten Messdatensatz und dem zugehörigen zweiten Zustand gebildeten zweiten Trainingspaares.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen können computergestützt sein.

[0011] Das künstliche neuronale Netz kann im Folgenden durch KNN abgekürzt werden.

[0012] Ein Trainingspaar (z_t,x_t) beziehungsweise ein Trainingsdatensatz ist durch einen Messdatensatz z_t und einen zugehörigen Zustand x_t des Stromnetzes gekennzeichnet. Die grundsätzliche Zeitabhängigkeit der Messdatensätze und der zugehörigen Zustände ist durch den Index t gekennzeichnet. Im Weiteren wird jedoch der Index t aus Übersichtlichkeitsgründen nicht ausgeschrieben.

[0013] Ein Zustand des Stromnetzes wird durch die Spannungen U_n und Winkel δ_n an den Netzknoten n = 1, ...,N des Stromnetzes ausgebildet, das heißt es ist x_t = (U_t,n,δ_t,n), wobei die abkürzende Schreibweise (U_t,n,δ_t,n) = (U_t,1, ..., U_t,N.δ_t,1, ...,δ_tN) verwendet wird. Diese abkürzende Schreibweise wird auch für weitere Größen, insbesondere den Messdatensatz verwendet.

[0014] Ein Messdatensatz umfasst die komplexen Scheinleistungen S_n = P_n + iQ_n = (P_n, Q_n) an den Netzknoten des Stromnetzes. Hierbei ist P_n die Knotenwirkleistungen und Q_n die Knotenblindleistungen des Netzknoten n. Die Scheinleistung ist durch den Betrag der komplexen Scheinleistung definiert. Der Messdatensatz umfasst die komplexen Scheinleistungen in dem Sinne, dass diese dem jeweiligen Messdatensatz entnommen werden können beziehungsweise aus diesem, beispielsweise aus Wirkleistung und Blindleistung, ermittelt werden können.

[0015] Der Messdatensatz bildet somit beispielsweise einen Messvektor z = (P_nm, Q_nm, P_n, Q_n, U_n, δ_n) aus, wobei P_nm die Wirkleistungen und Q_nm die Blindleistungen der Leitungen (Wirk- und Blindleistungsflüsse), P_n die Knotenwirkleistungen, Q_n die Knotenblindleistungen, U_n die Knotenspannungen und δ_n die Knotenwinkel des Stromnetzes bezeichnen.

[0016] Das künstliche neuronale Netz wird beziehungsweise wurde mittels des ersten Trainingsdatensatzes trainiert. Hierbei werden Messdatensätze dem KNN zugeführt. Aus einem zugeführten Messdatensatz ermittelt das KNN einen zugehörigen Zustand des Stromnetzes.

[0017] Die durch das KNN ermittelten Zustände weisen bezüglich eines Testdatensatzes beziehungsweise eines Evaluierungsdatensatzes einen jeweiligen Fehler auf. Der erste Trainingsdatensatz kann den Testdatensatz umfassen, sodass das Training insgesamt (Training und Test) mittels des ersten Trainingsdatensatzes erfolgt. Typischerweise sind jedoch der Trainingsdatensatz und der Testdatensatz zwei getrennte beziehungsweise zwei verschiedene Datensätze.

[0018] Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in einem ersten Schritt des Verfahrens die Trainingspaare, insbesondere eines Validierungsdatensatzes beziehungsweise Testdatensatzes, ermittelt, die bezüglich des Trainings des KNN oder nach Training der KNN mittels des ersten Trainingsdatensatzes einen Fehler größer oder gleich einer festgelegten Fehlerschranke aufweist. Mit anderen Worten werden Trainingspaare mit einem vergleichsweise großen Fehler ermittelt.

[0019] In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird ein zweiter Zustand des Stromnetzes mittels einer Lastflussrechnung (englisch: power system simulator) basierend auf wenigstens der bezüglich der komplexen Scheinleistung des ersten Messdatensatzes geänderten komplexen Scheinleistung berechnet.

[0020] Mit anderen Worten wird die zu einem im ersten Schritt ermittelten Trainingspaar zugehörige komplexe Scheinleistung numerisch abgeändert, wodurch sich eine neue komplexe Scheinleistung ausbildet. Aus dieser neuen komplexen Scheinleistung wird mittels der Lastflussrechnung ein neuer, der zweite Zustand, berechnet. Das numerische Ändern der Scheinleistung des ermittelten Trainingspaares beziehungsweise des zugehörigen ermittelten Messdatensatzes kann durch eine Änderung ihres Realteils (Wirkleistung), ihres Imaginärteils (Blindleistung) und/oder einer Kombination aus den genannten Änderungen erfolgen.

[0021] In einem dritten Schritt des Verfahrens wird ein zweiter Messdatensatzes mittels eines Messmodells des Stromnetzes aus dem berechneten zweiten Zustand berechnet.

[0022] Mit anderen Worten wird der zum zweiten Zustand zugehörige Messdatensatz, das heißt ein neuer Messdatensatz, ermittelt. Dies erfolgt mittels des Messmodells des Stromnetzes, die beispielsweise durch eine Messmodellfunktion z_t = h(x_t) + ε_t mit dem Messfehler-Term ε_t ausgebildet wird. Die Messfehler können normalverteilt sein. Die Messmodellfunktion ist typischerweise nichtlinear, wobei jedoch eine lineare Messmodellmatrix H mit h(x) = Hx vorgesehen sein kann. Das Messmodell beziehungsweise die Messmodellfunktion ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels diesem beziehungsweise dieser aus einem Zustand ein Messdatensatz ermittelt werden kann.

[0023] Der ermittelte zweite Messdatensatz bildet zusammen mit dem zugehörigen zweiten Zustand ein neues Trainingspaar aus, nämlich das zweite Trainingspaar.

[0024] In einem vierten Schritt des Verfahrens wird das derart gebildete zweite Trainingspaar zum ersten Trainingsdatensatz hinzugefügt. Mit anderen Worten wird der erste Trainingsdatensatz durch ein Hinzufügen des neuen in diesem Sinne synthetisch erzeugten Trainingspaars zum zweiten Trainingsdatensatz erweitert.

[0025] Mittels des gegenüber dem ersten Trainingsdatensatz erweiterten zweiten Trainingsdatensatzes kann erneut das KNN oder ein weiteres KNN trainiert werden.

[0026] Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der zweite Trainingsdatensatz für kritische Szenarien, das heißt für Trainingspaare, die einen vergleichsweise großen Fehler aufweisen, durch seine synthetische Erweiterung mittels des neu erzeugten zweiten Trainingspaares, mehr Daten aufweist. Dadurch wird die Genauigkeit des mittels des zweiten Trainingsdatensatzes trainierten künstlichen neuronalen Netzes ebenso für kritische und somit typischerweise unterrepräsentierte Ereignisse/Szenarien verbessert. Dem Erstellen des zweiten Trainingsdatensatz liegt somit die technische Überlegung zugrunde, für Szenarien in welchen das KNN vergleichsweise schlechte Ergebnisse ermittelt (Fehler größer als die festgelegte Fehlerschranke), die zudem typischerweise selten sind, weitere Daten zum Trainieren des KNN bereitzustellen. Mit anderen Worten umfasst der erfindungsgemäße zweite Trainingsdatensatz in den schlechtesten Fällen (Fehler größer als die festgelegte Fehlerschranke) mehr Daten, sodass die Genauigkeit eines entsprechend trainierten künstlichen neuronalen Netzes in diesen kritischen Fällen verbessert wird.

[0027] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass ein langes und zeitlich aufwendiges Sammeln von Daten für seltene Ereignisse, das heißt seltene beziehungsweise unterrepräsentierte Trainingspaare, nicht erforderlich ist. Die Trainingspaare können gemäß der vorliegenden Erfindung synthetisch erzeugt werden.

[0028] Weiterhin wird die Auswahl geeigneter Trainingsdaten vereinfacht, da durch die vorliegende Erfindung Trainingsdaten bereitgestellt werden, die anwendungskritische Fälle selbst berücksichtigen. Eine entsprechende Zustandsschätzung, die auf einem entsprechend trainiertem künstlichen neuronalen Netz basiert, kann somit schneller und einfacher für bestehende Stromnetze implementiert werden. Insbesondere werden dadurch ebenfalls die Kosten für eine Inbetriebnahme solcher Zustandsschätzungen deutlich reduziert.

[0029] Das gemäß dem zweiten Trainingsdatensatz trainierte künstliche neuronale Netz kann zudem für weitere technische Anwendungen verwendet werden, in denen robuste maschinelle Lernmodelle erforderlich sind, beispielsweise für Sicherheitsberichte, Spannungssteuerungen und/oder vorbeugende und korrigierende SCOPF (englisch: Security Constraint Optimal Power Flow).

[0030] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trainieren eines künstlichen neuronalen Netzes für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes, ist gekennzeichnet dadurch, dass das künstliche neuronale Netz mittels eines Trainingsdatensatzes (zweiter Trainingsdatensatz) gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen trainiert wird.

[0031] Das erfindungsgemäße künstliche neuronale Netz für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes, welches als Eingänge mit dem Stromnetz assoziierte Messwerte und als Ausgang den durch die Zustandsschätzung zu ermittelnden geschätzten Zustand des Stromnetzes aufweist, ist gekennzeichnet dadurch, dass das künstliche neuronale Netz gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen trainiert ist.

[0032] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zustandsschätzung eines Stromnetzes mittels eines künstlichen neuronalen Netzes, welches als Eingänge mit dem Stromnetz assoziierte Messwerte und als Ausgang den durch die Zustandsschätzung zu ermittelnden geschätzten Zustand des Stromnetzes aufweist, ist gekennzeichnet dadurch, dass als neuronales künstliches Netz ein künstliches neuronales Netz gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen verwendet wird.

[0033] Der Zustandsschätzung liegen somit erfasste Messwerte und in diesem Sinne tatsächlich erfasste Messdaten zugrunde.

[0034] Die weiteren erfindungsgemäßen Verfahren sowie das erfindungsgemäße künstliche neuronale Netz weisen zum erfindungsgemäßen Verfahren zum Erstellen eines zweiten Trainingsdatensatzes gleichartige und gleichwertige Vorteile und/oder Ausgestaltungen auf.

[0035] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Trainingspaare des ersten Trainingsdatensatzes durch jeweils eine Lastflussrechnung erzeugt.

[0036] Mit anderen Worten ist bereits der erste Trainingsdatensatz ein in diesem Sinne synthetisch erzeugter Datensatz.

[0037] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Trainingspaare aus synthetisch erzeugten komplexen Scheinleistungen mittels einer jeweiligen Lastflussrechnung erzeugt, wobei die komplexen Scheinleistungen aus historischen und/oder synthetischen Zeitreihen für Erzeugung und Verbrauch erzeugt wurden beziehungsweise werden.

[0038] Mit anderen Worten wird zunächst für realistische Zeitreihen der Stromerzeugung und/oder Stromverbrauchs (auch Speicherung) innerhalb des Stromnetzes die zugehörigen komplexen Einspeise- beziehungsweise komplexen Ausspeise-Scheinleistungen ermittelt. Die Zeitreihen können hierbei historisch und/oder synthetisch erzeugt sein. Beispielsweise werden die Zeitreihen durch synthetische Bedarfszeitreihen von Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen, industriellen Anlagen, Büroanlagen und/oder dergleichen erzeugt beziehungsweise durch diese bereitgestellt. Dadurch kann für mehrere Netzknoten des Stromnetzes, insbesondere für jeden Netzkonten des Stromnetzes, eine zugehörige komplexe Scheinleistung S_t,n = (P_t,n,Q_t,n) ermittelt werden. Anschließend wird wiederum mittels einer Lastflussrechnung F_PF:S_t,n → (U_t,n.δ_t,n) aus diesen komplexen Scheinleistungen ein Zustand des Stromnetzes berechnet. Dadurch wird sinnbildlich ein tatsächlicher oder ein wahrer Zustand x_t = (U_t,n, δ_t,n) des Stromnetzes ermittelt. Der zu diesem Zustand x_t zugehörige Messdatensatz z_t kann dann wiederum mittels der Modellmessfunktion durch z_t = h(x_t) + ε_t ermittelt werden. Dadurch können die Trainingspaare (z_t,x_t) des ersten Trainingsdatensatzes erzeugt werden.

[0039] Der erste Trainingsdatensatz sollte bevorzugt wenigstens 100, besonders bevorzugt wenigstens 1000 Trainingspaare umfassen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens eine komplexe Scheinleistung des ersten Messdatensatzes durch eine Addition von normalverteilten Zufallszahlen geändert.

[0040] Mit anderen Worten wird wenigstens eine Scheinleistung eines Netzknoten, bevorzugt mehrere Scheinleistungen von zugehörigen mehreren Netzknoten, durch S_t → S_t + ΔS mit ΔS normalverteilt geändert. Dadurch ergibt sich die neue Scheinleistung

die der Lastflussrechnung gemäß des zweiten Schrittes zugrunde gelegt wird. Vorteilhafterweise können dadurch entsprechend der Verteilung von ΔS mehrere Zustände und somit mehrere Trainingspaare für das kritische Szenario S_t zum zweiten Trainingsdatensatz hinzugefügt werden.

[0041] Alternativ oder ergänzend kann bevorzugt die wenigstens eine komplexe Scheinleistung des ersten Messdatensatzes durch eine Skalierung geändert werden. Mit andren Worten ist in diesem Fall

mit α der Skalierungsfaktor. Beispielsweise ist α = 1 - β wobei β die Abweichung von der ursprünglichen komplexen Scheinleistung bemisst. Bevorzugt ist β∈[0,0.2], das heißt es wird maximal eine Änderung/Abweichung von 20 Prozent verwendet.

[0042] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine der komplexen Scheinleistungen des ersten Messdatensatzes geändert, wenn deren Betrag größer oder gleich einem festgelegten Schwellenwert ist.

[0043] Mit anderen Worten werden bevorzugt die komplexen Scheinleistungen an den Netzknoten geändert, deren Netzknoten eine vergleichsweise betragsmäßige erhöhte Scheinleistung aufweisen. Der Betrag der komplexen Scheinleistung ist die Scheinleistung, sodass an diesen Netzknoten die Scheinleistung erhöht ist. Dies ist beispielsweise an Netzknoten der Fall, an welchen erhöht eingespeist, beispielsweise durch erneuerbare Energieerzeuger, oder erhöht ausgespeist wird.

[0044] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die mit den Zuständen des ersten Trainingsdatensatzes assoziierten Fehler durch ein Training des künstlichen neuronalen Netzes mit dem ersten Trainingsdatensatz bestimmt.

[0045] Mit andere Worten umfasst der erste Trainingsdatensatz bevorzugt einen Testdatensatz sowie einen Datensatz, mittels welchem das Anlernen erfolgt. Das angelernte KNN wird dann mittels des Testdatensatzes geprüft, das heißt evaluiert. Hierbei werden die genannten Fehler bestimmt.

[0046] Umfasst der erste Trainingsdatensatz zu wenig oder keine Testdaten, so ist es bevorzugt diesen zum Bestimmen der Fehler in zwei Teiltrainingsdatensätze aufzuteilen, wobei der erste Teiltrainingsdatensatz zum Training des künstlichen neuronalen Netzes und der zweite Teiltrainingsdatensatz (Testdatensatz) zur Evaluation der durch das Training ermittelten Zustände verwendet wird.

[0047] Dadurch kann vorteilhafterweise ein Testdatensatz bereitgestellt werden. Beispielsweise werden 70 Prozent der Trainingsdaten für das Anlernen und 30 Prozent der Daten für das Testen beziehungsweise für das Evaluieren der durch das Anlernen bestimmten Zustände verwendet.

[0048] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die komplexen Scheinleistungen durch mit den Netzknoten assoziierte Wirkleistungen und Blindleistungen ausgebildet.

[0049] Mit anderen Worten werden die komplexen Scheinleistungen bevorzugt durch die Knotenwirkleistungen und Knotenblindleistungen ausgebildet.

[0050] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Messdatensatz und/oder zweite Messdatensatz durch mit den Netzknoten und/oder mit Leitungen des Stromnetzes assoziierte Spannungen, Ströme, Wirkleistungen und/oder Blindleistungen ausgebildet.

[0051] Vorteilhafterweise könne dadurch die typischerweise verwendeten Messwerte durch das entsprechend trainierte künstliche neuronale Netz berücksichtigt werden, das heißt als Eingänge zur Ermittlung des Zustandes verwendet werden.

[0052] In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Zustand des Stromnetzes durch Spannungen und Winkel an einem oder mehreren Netzknoten des Stromnetzes ausgebildet.

[0053] Vorteilhafterweise entspricht somit der Ausgang des entsprechend trainierten künstlichen neuronalen Netzes einem Zustand des Stromnetzes, wie er typischerweise definiert und verwendet wird.

[0054] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:

Figur 1 ein Verlaufsdiagramm der vorliegenden Erfindung; und

Figur 2 eine mögliche Darstellung eines kritisches Trainingspaares.

[0055] Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in einer der Figuren oder in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.

[0056] Die Figur 1 zeigt ein schematisches Verlaufsdiagramm der vorliegenden Erfindung.

[0057] Bei dem dargestellten Verfahren zum Erstellen eines zweiten Trainingsdatensatzes zum Trainieren eines für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes ausgebildeten künstlichen neuronalen Netzes aus einem bereitgestellten zweiten Trainingsdatensatz, der mehrere Trainingspaare umfasst, wobei jedes der Trainingspaare durch einen Messdatensatz und einem zugehörigen Zustand des Stromnetzes gebildet ist, und der jeweilige Messdatensatz wenigstens mit dem Stromnetz assoziierte komplexe Scheinleistungen umfasst, werden wenigstens die Schritte S1 bis S4 durchgeführt.

[0058] Im ersten Schritt S1 des Verfahrens wird wenigstens ein erstes Trainingspaar und ein zugehöriger erster Messdatensatzes und erster Zustand ermittelt, dessen erster Zustand bezüglich eines Trainings des künstlichen neuronalen Netzes mittels des ersten Trainingsdatensatzes einen Fehler größer oder gleich einer festgelegten Fehlerschranke aufweist.

[0059] Diese derart ermittelten Trainingspaare werden ebenfalls als kritische Trainingspaare oder kritische Szenarien bezeichnet.

[0060] Im zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird ein zweiter Zustand des Stromnetzes mittels einer Lastflussrechnung basierend auf wenigstens einer bezüglich der komplexen Scheinleistung des ersten Messdatensatzes geänderten komplexen Scheinleistung berechnet.

[0061] Die komplexe Scheinleistung eines kritischen Trainingspaares kann ebenfalls als kritische komplexe Scheinleistung bezeichnet werden.

[0062] Im dritten Schritt S3 des Verfahrens wird ein zweiter Messdatensatz mittels eines Messmodells des Stromnetzes aus dem berechneten zweiten Zustand berechnet.

[0063] Im vierten Schritt S4 des Verfahrens wird der zweite Trainingsdatensatz aus dem ersten Trainingsdatensatz durch ein Hinzufügen eines aus dem zweiten Messdatensatz und dem zugehörigen zweiten Zustand gebildeten zweiten Trainingspaares erstellt.

[0064] Durch die Schritte S1 bis S4 wird somit ein neuer Trainingsdatensatz, das heißt der zweite Trainingsdatensatz erstellt, der bezüglich kritischer Trainingspaare/Szenarien mehr Daten aufweist. Dadurch wird ein entsprechend trainiertes künstliches neuronales Netz in seiner Genauigkeit bezüglich einer Zustandsschätzung des Stromnetzes verbessert.

[0065] Die Figur 2 zeigt ein schematisiertes Stromnetz 1 mit seinen zugehörigen Netzknoten 41, wobei aus Übersichtsgründen lediglich zwei Netzknoten des Stromnetzes durch das Bezugszeichen 41 gekennzeichnet sind. Mit anderen Worten zeigt die Figur 2 ein Trainingspaar im Sinne der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen, wobei lediglich die Scheinleistungen des zugehörigen Messdatensatzes dargestellt sind.

[0066] In der Figur 2 sind die Netzknoten 41 verschieden schraffiert, wobei die verschiedenen Schraffierungen die verschiedenen Werte der Scheinleistung (Betrag der komplexen Scheinleistung) kennzeichnen. Somit ist mit jedem Netzknoten 41 eine Scheinleistung assoziiert.

[0067] Weiterhin weist das Stromnetz Netzknoten 41 auf, die eine vergleichsweise hohe Scheinleistung aufweisen. Diese Netzknoten sind in der Figur zusätzlich durch das Bezugszeichen 42 gekennzeichnet. Mit anderen Worten weisen diese Netzkonten 42 eine Scheinleistung auf, die größer oder gleich einem festgelegten Schwellenwert ist. Beispielsweise liegt eine solche vergleichsweise hohe Scheinleistung durch die Einspeisung einer oder mehrerer Photovoltaikanlagen vor. Mit anderen Worten wird in Figur 2 ein kritisches Trainingspaar im Sinne der vorliegenden Erfindung dargestellt beziehungsweise verdeutlicht.

[0068] Typischerweise weisen die Netzknoten 42 bei einem Training eines künstlichen neuronalen Netzes einen vergleichsweise hohen Fehler auf, das heißt, dass ihr Fehler größer oder gleich einer festgelegten Fehlerschranke ist. Das ist zum einen deshalb der Fall, da die Netzknoten 41 typischerweise eine hohe Varianz bezüglich der Scheinleistung und/oder ihres Zustandes aufweisen und weiterhin unterrepräsentiert innerhalb eines Trainingsdatensatzes sind.

[0069] Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird nun wenigstens eine Scheinleistung, bevorzugt eines Netzknotens 42, geändert, beispielsweise durch eine Addition einer normalverteilten Zufallszahl. Dadurch bildet sich ein neues zur dargestellten Figur vergleichbares Stromnetz 1 mit wenigstens einer, bevorzugt mehreren geänderten Scheinleistungen aus. Anschließend wird durch eine Lastflussrechnung ein neuer Zustand ermittelt und aus dem neuen Zustand mittels eines Messmodells des Stromnetzes 1 ein neuer Messdatensatz erzeugt. Der neue Zustand und der neue Messdatensatz bildet ein neues Trainingspaar aus, das zum Training einer KNN verwendet werden kann.

[0070] Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

[0071] 

S1

erster Schritt

S2

zweiter Schritt

S3

dritter Schritt

S4

vierter Schritt

1

Stromnetz

41

Netzknoten

42

kritischer Netzknoten

Ansprüche

1. Verfahren zum Erstellen eines zweiten Trainingsdatensatzes zum Trainieren eines für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes (1) ausgebildeten künstlichen neuronalen Netzes aus einem bereitgestellten ersten Trainingsdatensatz, der mehrere Trainingspaare umfasst, wobei jedes der Trainingspaare durch einen Messdatensatz und einem zugehörigen Zustand des Stromnetzes (1) gebildet ist, und der jeweilige Messdatensatz wenigstens mit dem Stromnetz assoziierte komplexe Scheinleistungen umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte:

- (S1) Ermitteln wenigstens eines ersten Trainingspaares und eines zugehörigen ersten Messdatensatzes und ersten Zustandes, dessen erster Zustand bezüglich eines Trainings des künstlichen neuronalen Netzes mittels des ersten Trainingsdatensatzes einen Fehler größer oder gleich einer festgelegten Fehlerschranke aufweist;

- (S2) Berechnen eines zweiten Zustandes des Stromnetzes mittels einer Lastflussrechnung basierend auf wenigstens einer bezüglich der komplexen Scheinleistung des ersten Messdatensatzes geänderten komplexen Scheinleistung;

- (S3) Berechnen eines zweiten Messdatensatzes mittels eines Messmodells des Stromnetzes aus dem berechneten zweiten Zustand; und

- (S4) Erstellen des zweiten Trainingsdatensatzes aus dem ersten Trainingsdatensatz durch ein Hinzufügen eines aus dem zweiten Messdatensatz und dem zugehörigen zweiten Zustand gebildeten zweiten Trainingspaares.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Trainingspaare des ersten Trainingsdatensatzes durch jeweils eine Lastflussrechnung erzeugt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Trainingspaare aus synthetisch erzeugten komplexen Scheinleistungen mittels einer jeweiligen Lastflussrechnung erzeugt werden, wobei die komplexen Scheinleistungen aus historischen und/oder synthetischen Zeitreihen für Erzeugung und Verbrauch erzeugt werden.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die wenigstens eine komplexe Scheinleistung des ersten Messdatensatzes durch eine Addition von normalverteilten Zufallszahlen geändert wird.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die wenigstens eine komplexe Scheinleistung des ersten Messdatensatzes durch eine Skalierung geändert wird.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass eine der komplexen Scheinleistungen des ersten Messdatensatzes geändert wird, wenn deren Betrag größer oder gleich einem festgelegten Schwellenwert ist.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die mit den Zuständen des ersten Trainingsdatensatzes assoziierten Fehler durch ein Training des künstlichen neuronalen Netzes mit dem ersten Trainingsdatensatz bestimmt werden.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass zum Bestimmen der Fehler der erste Trainingsdatensatz in zwei Teiltrainingsdatensätze aufgeteilt wird, wobei der erste Teiltrainingsdatensatz zum Training des künstlichen neuronalen Netzes und der zweite Teiltrainingsdatensatz zur Evaluation der durch das Training ermittelten Zustände verwendet wird.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die komplexen Scheinleistungen durch mit den Netzknoten (41, 42) assoziierte Wirkleistungen und Blindleistungen ausgebildet werden.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der erste Messdatensatz und/oder zweite Messdatensatz durch mit den Netzknoten (41, 42) und/oder mit Leitungen des Stromnetzes (1) assoziierte Spannungen, Ströme, Wirkleistungen und/oder Blindleistungen ausgebildet wird.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Zustand des Stromnetzes (1) durch Spannungen und Winkel an einem oder mehreren Netzknoten (41, 42) des Stromnetzes (1) ausgebildet wird.

12. Verfahren zum Trainieren eines künstlichen neuronalen Netzes für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes (1), gekennzeichnet dadurch, dass das künstliche neuronale Netz mittels eines Trainingsdatensatzes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche trainiert wird.

13. Künstliches neuronales Netz für eine Zustandsschätzung eines Stromnetzes, welches als Eingänge mit dem Stromnetz (1) assoziierte Messwerte und als Ausgang den durch die Zustandsschätzung zu ermittelnden geschätzten Zustand des Stromnetzes (1) aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass das künstliche neuronale Netz gemäß Anspruch 12 trainiert ist.

14. Verfahren zur Zustandsschätzung eines Stromnetzes mittels eines künstlichen neuronalen Netzes, welches als Eingänge mit dem Stromnetz (1) assoziierte Messwerte und als Ausgang den durch die Zustandsschätzung zu ermittelnden geschätzten Zustand des Stromnetzes (1) aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass als neuronales künstliches Netz ein künstliches neuronales Netz gemäß Anspruch 13 verwendet wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass als Messwerte mit Netzknoten (41, 42) und/oder mit Leitungen des Stromnetzes (1) assoziierte und erfasste Spannungen, Ströme, Wirkleistungen und/oder Blindleistungen verwendet werden.

Zeichnung